روش‌های برآورد رسوب

علم و آگاهی از فرسایش، حمل و رسوبگذاری رسوبات سطح حوضه آبریز، رودخانه‌ها، مخازن و سایر بدنه‌های آبی برای کسانی که بطور مستقیم و یا غیر مستقیم درگیر مطالعات توسعه و مدیریت منابع آبی و زمینی می‌باشند، بسیار مهم است. برای فهم صحیح از فرآیندهای رسوبی نیاز به اندازه گیری مواد معلق و رسوبات کف بستر برای دامنه وسیعی از شرایط هیدرولوژیکی می‌باشد. پیچیدگی پدیده‌های رسوبی باعث شده که هزینه‌های مربوط به اندازه گیری و تجزیه و تحلیل‌های مربوط در مقایسه با سایر اطلاعات هیدرولوژیکی، افزایش نسبی داشته باشد. برآورد رسوبدهی رودخانه‌ها در موارد متعددی نظیر طراحی سازه‌های آبی، مهار سیلاب و آبگیری از رودخانه‌ها حائز اهمیت بسیار می‌باشد. از طرفی میزان غلظت رسوبات معلق یکی از مهمترین پارامترها در برآورد بار رسوبی رودخانه‌ها بشمار می‌رود. بنابراین بدست آوردن توانایی کمی کردن صحیح غلظت رسوبات معلق همواره مد نظر محققان بوده و در راستای تحقق این هدف روش‌های اندازه گیری غلظت رسوبات معلق در طول زمان دستخوش تغییر و تحول شده‌اند.

۲ روش کلی نمونه برداری بار معلق:

بار معلق به مجموعه موادی گفته می‌شود که در آب بصورت معلق وجود دارد. بار معلق بر حسب گرم در لیتر یا کیلوگرم در متر مکعب توصیف می‌شود و آن عبارت از مقدار گرم مواد رسوبی است که در هر لیتر جریان آب رودخانه بصورت معلق و جود دارد. دستگاه‌های مختلفی جهت اندازه گیری بارمعلق معرفی شده است که بر اساس دو روش نمونه برداری و اندازه گیری مستقیم و غیرمستقیم غلظت مواد معلق طراحی شده‌اند. روش مستقیم بر مبنای نمونه برداری و اندازه گیری مستقیم متوسط زمانی غلظت رسوب در حال انتقال در یک نقطه معین (پیوسته-نقطه ای) یا در امتداد یک عمق معین (پیوسته-عمقی) می‌باشد. طرز نمونه برداری بدین صورت است که نمونه بردار در امتداد یک عمق معین به صورت عمودی و با سرعت ثابت حرکت کرده و نمونه برداری می‌کند. از جمله این نمونه بردارها، می‌توان به بطری‌ها و نمونه بردارهای تله‌ای و پمپی اشاره کرد.

روش غیرمستقیم برپایه نمونه برداری و اندازه گیری غیر مستقیم متوسط زمانی غلظت استوار می‌باشد. نمونه بردارهای صوتی و نوری از انواع نمونه بردارهای روش غیر مستقیم به حساب می‌آیند. استفاده از این روش با فرضیات زیر همراه است:

-از نوسان سرعت دانه رسوب و غلظت رسوب در ارتفاع (عمق) صرف نظر می‌گردد.

-سرعت دانه‌های رسوب و سیال با یکدیگر مساوی فرض می‌شود.

به طورکلی نمونه برداری بار معلق به دو صورت انتگراسیون عمقی و نقطه‌ای در امتداد قائم مقطع جریان، در مواضع متعددی از عرض بستر انجام می‌شود. با توجه به کاربرد دستگاه‌ها و روش‌های مختلف، دقت و صحت اندازه گیری‌ها متفاوت هستند. به هرحال، هدف، برآورد بار معلق حمل شده در مقطع رودخانه است. باید این نکته را یاد آوری کرد که آگاهی از تغییرات غلظت مواد معلق در یک امتداد قائم مقطع در مطالعات رودخانه‌ای، موضوعی مهم تلقی می‌گردد. روش‌های چند مقطعی و سه مقطعی از جمله روش‌های نمونه برداری بار معلق است.

نمونه برداری بار کف رودخانه

اندازه گیری و نمونه برداری بارکف رودخانه نیز از دو روش مستقیم و غیرمستقیم انجام می‌گیرد. در روش مستقیم به کمک دستگاه نمونه بردار، مواد رسوبی در حال حرکت در بستر رودخانه، تله اندازی و جمع آوری می‌گردد. سپس با انجام عملیات آزمایشگاهی و محاسبات، مقدار بار کف تعیین می‌شود. روش نمونه برداری مستقیم شامل روش‌های زیر است:

-نمونه بردار سبدی و جعبه‌ای: در این نوع نمونه بردارها، با استفاده از کاهش دادن سرعت جریان آب، ذرات رسوب در داخل جعبه یا سبدهای توری تله اندازی می‌گردد. این نوع نمونه بردار بیشتر برای رودخانه‌های بزرگ با جریان زیاد و رسوبات بارکف درشت دانه کاربرد دارد. معروف‌ترین دستگاه نمونه برداری در این رده، نمونه بردار نسپر است که دارای ضریب نمونه برداری حدود ۴۵ درصد است.

-نمونه بردار سینی دار: این نمونه بردار شامل یک صفحه خم شده شیبدار است که ذرات بارکف ضمن عبور از روی آن به داخل محفظه تعبیه شده در قسمت عقب دستگاه سقوط می‌کند. معروف‌ترین دستگاه‌های نمونه برداری در این رده، نمونه بردارهای لوسین بسکی و پلیاکوف هستند. ضریب این نمونه بردارها به ترتیب ۳۸ و ۴۶ درصد است. این نمونه بردارها بیشتر برای رودخانه‌های با بارکف و سرعت کم مناسب هستند.

-نمونه بردار اختلاف فشاری: در این رده از نمونه بردارها، با ایجاد دیواره‌های انحراف جریان در قسمت عقب دهانه نمونه بردار و ایجاد اختلاف فشار، ذرات رسوبی به داخل کیسه نمونه برداری وارد می‌گردند. از معرو فترین دستگاه‌های نمونه برداری در این رده، نمونه بردارهای گونچارف و آرنهم هستند. به تدریج، نمونه بردارهای اصلاح شده به شکلی ساخته شده‌اند که دارای ضریب تله گیری بالا، بین ۰/۹ تا ۱/۱ هستند.

نمونه بردار هلی اسمیت، در واقع نوع اصلاح شده نمونه بردار آرنهم است و یک نمونه بردار شناخته شده و معتبر در این گروه می‌باشد.

در روش غیر مستقیم نمونه برداری بارکف، از دستگاه‌هایی که بر اساس خاصیت صوت، نور و یا مواد رادیواکتیو کار می‌کنند، استفاده می‌شود. به طورکلی، کاربرد این روش‌ها بیشتر آزمایشگاهی و تحقیقاتی است و تجربه‌های صحرایی آن نیز اندک می‌باشد. یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده مسیریابی شکل بستر می‌باشد. در این روش، پروفیل طولی کف در یک دوره تناوبی برداشت شده و با مقایسه مداوم پروفیل‌ها، سرعت حرکت فرم‌های بستر قابل محاسبه خواهد بود.

به‌منظور ارائه یک روش عملی و دقیق برای عملیات نمونه‌برداری رسوب، باید روند کار به شکلی طراحی گردد که باوجود سادگی، از پایه‌های علمی و تجربی مستحکمی برخوردار باشد. طبعاً این‌گونه دستورالعمل‌ها برای شرایط متفاوت مکانی و زمانی در رودخانه‌های مختلف با اندکی تغییرات در عمل مواجه خواهد بود. عملیات نمونه‌برداری در رودخانه‌ها در سه بخش نمونه‌برداری بار معلق، نمونه‌برداری بار کف و نمونه‌برداری از مواد بستر مورد بحث قرار می‌گیرد. پس از عملیات نمونه‌برداری بار کف مقدار آن محاسبه و برآورد می‌گردد.

به‌طورکلی، نرخ بار کف بستر در هر بخش نمونه‌برداری از رابطه زیر به دست می‌آید:

که در این رابطه R بارکف بستر در هر محور عمودی، M وزن نمونه و t زمان نمونه‌برداری است. K نیز ضریب ثابت است که برای نازل‌های با دهانه ۳ و ۶ اینچ در دستگاه بین‌المللی SI به ترتیب ۱/۱۳۴ و ۰/۵۶۷ است.

برای برآورد بار کف بستر سه روش زیر پیشنهاد شده است:

-روش تمام مقطعی

-روش بین مقطعی

-روش متوسط مقطعی

در مطالب آینده در مورد چگونگی این روش‌ها به‌تفصیل پرداخته خواهد شد.